CF-UHMWPE纖維增強復合材料防彈特性模擬與驗證.pdf

1、隨著新式兵器的殺傷力越來越大，對防彈材料的防彈性能要求也越來越高，各種防彈材料都朝著更安全、更輕質(zhì)、更舒適的方向發(fā)展，混雜纖維增強樹脂基防彈材料是未來新型防彈材料研究的熱點。影響混雜纖維防彈復合材料防彈性能的因素較多，如高性能纖維的混雜種類、混雜比例、混雜方式，以及樹脂的組合選用、成型工藝等都將對其防彈性能產(chǎn)生或多或少的影響。以防彈性能優(yōu)異的超高分子量聚乙烯纖維為防彈基材，輔之以剛性較好的纖維如碳纖維提高防彈復材的剛性，可以制備出新一代

2、性能優(yōu)異的防彈復合材料。
　　為研發(fā)出更加輕質(zhì)、安全的防彈復合材料，本文從模擬和制備兩方面入手。首先，設(shè)計出不同組分、不同鋪層結(jié)構(gòu)的纖維增強防彈復材，然后利用VirtualPerformance Solution(VPS)對所設(shè)計防彈復材的抗侵徹特性進行模擬，在模擬分析的基礎(chǔ)上，制備出纖維增強防彈復材并進行打靶實測，最后根據(jù)實測結(jié)果優(yōu)化防彈復合材料設(shè)計。
　　模擬結(jié)果顯示，在相同的鋪層結(jié)構(gòu)及纖維體積分數(shù)條件下， PE層合板(

3、UHMWPE纖維增強聚乙烯樹脂)在較低的沖擊速度325m/s下防彈特性優(yōu)于CF層合板(CF增強環(huán)氧樹脂)，但在較高沖擊速度525m/s、725m/s下CF層合板的防彈特性優(yōu)于PE層合板。同時在較高彈體沖擊速度525m/s、725m/s下，鋪層角度對PE層合板、CF層合板的抗侵徹能力影響不大，在較低的沖擊速度325m/s下，鋪層角度對層合板的抗侵徹能力影響顯著，[0/90/0/90]4鋪層結(jié)構(gòu)的抗侵徹能力明顯優(yōu)于[0/90/45/-45]

4、4。在325m/s沖擊速度下，在不同纖維體積分數(shù)下，PE層合板抗侵徹特性表現(xiàn)出與CF層合板相同的變化規(guī)律，即纖維體積分數(shù)為0.8時，抗侵徹特性最好。
　　為了獲取抗侵徹特性更好的纖維增強防彈復合材料，將CF單層板、PE單層板混合運用，取長補短。模擬結(jié)果顯示，CF+PE層合板(CF單層板在彈擊面)的抗侵徹特性最好，PE+CF層合板(PE單層板在彈擊面)的抗侵徹特性最差，純PE層合板抗侵徹特性僅次于CF+PE層合板，純CF層合板抗侵徹

5、特性劣于CF+PE層合板、純PE層合板，優(yōu)于PE+CF層合板。
　　為了驗證模擬分析的可靠性，制備出高性能的防彈復合材料。對[0/90/0/90]簡單鋪層結(jié)構(gòu)、[0/90/0/90]雙向芯包纏結(jié)構(gòu)、[0/90/0/90]雙向純包纏結(jié)構(gòu)、[0/90/0/90]鋪縫結(jié)構(gòu)，四種鋪層結(jié)構(gòu)的層合板進行打靶實測，結(jié)果顯示[0/90/0/90]鋪縫結(jié)構(gòu)不僅阻斷能力較好而且背襯凹陷深度數(shù)值波動幅度較小。[0/90/45/-45]鋪層結(jié)構(gòu)由于纖維長

6、度分布不均，使其防彈特性較差。適當增加成型壓力可以增強樣品的防彈特性。與純PE層合板相比，加入碳纖維層后不僅可以增加表面剛度，而且其每一射序的背襯凹陷深度都小于純UHMWPE纖維的防彈插板，由此可見混雜進碳纖維層可以有效降低背襯凹陷深度，抗侵徹特性更加優(yōu)異。
　　采用模壓法制備出CF/UHMWPE纖維增強復合防彈插板，通過對其彈道特性進行宏觀及微觀的詳細研究，建立了一個全新的破壞模型。結(jié)果表明，防彈插板響應子彈侵徹的過程可分為五個